JP2004508681A - Mass gas delivery system for ion implanters - Google Patents
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Abstract
【課題】イオン注入システム、特にシステムのための大量ガス送出システム、及びガス搬送システム並びにイオン注入システム又は他のシステムでの電圧ギャップを越えてガスを供給する方法。
【解決手段】イオン注入システムのためのガス送出システム(100)は、第1電圧の電位にあるガス源及び第1電圧の電位よりも高い第2電圧の電位にあるイオン源を含む。さらに、システム(100)は、ガス源とイオン源の間に連結された電気絶縁コネクター(108)を含む。また、本発明は、イオン注入システムのイオン源で第2電圧の電位より低い第1電圧の電位にある貯蔵位置で供給源ガスの電位を維持する工程(202)、及び供給源ガスを貯蔵位置からイオン源へ送出する工程(204)含む、イオン注入システムへのガス送出方法(200)に関する。
【選択図】図1A method for delivering gas across a voltage gap in an ion implantation system, particularly a mass gas delivery system for the system, and a gas delivery system and an ion implantation system or other system.
A gas delivery system for an ion implantation system includes a gas source at a first voltage potential and an ion source at a second voltage potential higher than the first voltage potential. Further, the system (100) includes an electrically insulated connector (108) coupled between the gas source and the ion source. The present invention also includes a step (202) of maintaining the source gas potential at a storage location at a first voltage potential lower than the second voltage potential in the ion source of the ion implantation system; and storing the source gas at the storage location. A method of delivering gas to an ion implantation system (200), including delivering (204) from the to the ion source.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的に、イオン注入システムに関し、及びより具体的にはガス送出システム及びイオン注入システムまたは他の種類の装置での電圧ギャップを越えてガスを供給するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
イオン注入機はシリコンウエハに不純物を注入または添加して、n型またはp型の半導体材料を製造するのに使用される。n型またはp型の半導体材料は、半導体集積回路の製造に活用される。名前が示すように、イオン注入機はシリコンウエハに選択されたイオン核種を添加して、所望の半導体材料を製造する。アンチモン、砒素や燐等のイオン源材料から発生される注入イオンは、結果的にn型半導体材料ウエハを生むことになる。これに対して、もしp型半導体材料ウエハが望まれるのならば、ボロン、ガリウムまたはインジウム等のイオン源材料から発生されたイオンが注入されるであろう。
【0003】
イオン注入機はイオン化可能材料から正電荷イオンを発生させるためのイオン源を含む。発生されたイオンはビームに形成され、そして所定のビーム経路に沿って注入ステーションへと加速される。イオン注入機は、イオン源と注入ステーションの間に延びたビーム形成及び整形構造体を含んでいる。ビーム形成及び整形構造体は、イオンビームを維持し、そしてビームが注入ステーションへの途上で通過する細長い内部キャビティーまたは領域の境界を定める。イオン注入機を作動させる時には、内部領域は、イオンが空気分子との衝突の結果、所定のビーム経路から偏向させられる確率を低減するために排気されていなければならない。
【0004】
高電流イオン注入機のために、注入ステーションのウエハは回転支持体の表面に取り付けられる。支持体が回転するにつけ、ウエハはイオンビームの間を通過する。ビーム経路に沿って流れるイオンは、回転するウエハと衝突し、そして注入される。ロボットアームは、処理されるべきウエハをウエハカセットから抜き取り、そしてそのウエハを支持体表面の所定位置に置く。処理が終了した後、ロボティクスアームは前記ウエハをウエハ支持体表面から取り外し、そして前記処理されたウエハをウエハカセットに再挿入する。
【0005】
図1は、一般的に参照符号10に示されているように、典型的なイオン注入機を図示し、イオンビーム14を形成するイオンを発生するイオン源12と注入ステーション16を含む。制御電子機器11は、注入ステーション16の処理チャンバー17内のウエハが受け入れるイオン線量の監視及び制御のために設けられている。イオンビーム14は、イオン源12と注入ステーション16間の距離を移動する。
【0006】
イオン源12は、イオン源材料が射出される内部領域を明確にしているプラズマチャンバー18を含む。このイオン源材料はイオン化可能ガスまたは気化源材料を含んでいても良い。固体形態のイオン源材料は、一組の気化機19中へ堆積されても良い。二者択一的に、高圧または低圧型容器の何れかに収納されているガス源が使用されても良い。ガス状水素化アルシン(AsH3)やホスフィン(PH3)が、イオン注入機の砒素(As)及び燐(P)源として通常使用される。これ等の毒性のために、このようなガス状源は、イオン源12の近距離で、低圧SDS(安全送出システム)容器に収納されていることが多い。
【0007】
イオン源材料はプラズマチャンバー内に射出され、そしてエネルギーがイオン源材料に当てられて、プラズマチャンバー18内で荷電イオンを発生する。荷電イオンは、プラズマチャンバー18の開放側に覆い被さるカバープレート20の楕円形弧状スリットからプラズマチャンバー内部を出て行く。
【0008】
イオンビーム14は、イオン源12から、例えば真空ポンプ21等により又排気されている注入ステーション17へと、排気経路を通り移動する。プラズマチャンバー18内のイオンは、プラズマチャンバーのカバープレート20にある弧状スリットから抽出され、そしてプラズマチャンバーのカバープレート20に隣接する一組の電極24により、質量分析磁石22方向に加速される。イオンビーム14を形成する複数のイオンは、イオン源12から質量分析磁石22により形成される磁界内に移動する。質量分析磁石は、イオンビーム形成並びに整形構造体13の一部であり、そして磁石ハウジング32の中に維持されている。磁界強度は、制御電子機器11により、磁石の界磁コイルを通して電流を調節することによって制御される。質量分析磁石22は,イオンビーム14に沿って移動しているイオンを、曲線状軌道へと変える原因となる。適当な原子質量を持つこれらのイオンのみが、イオン注入ステーション16に到達する。質量分析磁石22から注入ステーション16へのイオンビーム通過経路に沿って、イオンビーム14は、質量分析磁石ハウジング32の高電圧から、接地された注入チャンバーへの電圧降下により、更に整形され、測定され、加速される。
【0009】
イオンビーム形成並びに整形構造体13は、四極子集束装置40、可動ファラデーカップ42及びイオンビーム中和装置44を付加的に含む。四極子集束装置40は、イオンビーム14のまわりに配置された一揃いの磁石46を含み、この磁石は、イオンビーム14の高さを調節するために制御電子機器(図示されていない)により選択的に励磁されている。四極子集束装置40は、ハウジング50の中に収納されている。
【0010】
ファラデーフラッグ42に向いている四極子集束装置40の端部に連結されているのは、イオンビーム分解プレート52である。分解プレート52は、イオンビーム中のイオンが四極子集束装置40から出る時に通過する延長開口部56を含む。分解プレート52は又、4個の座ぐりされた穴58を含む。ねじ(図示されていない)は、分解プレート52を四極子集束装置40に固定する。分解プレート52では、範囲D’、D”の幅により定義されているイオンビーム分散はその最低値にある、即ちD’、D”の幅はイオンビーム14が分解プレート開口部56通過する位置で最低である。
【0011】
分解プレート52は質量分析磁石22と共に、イオンビーム14から望ましくないイオン核種を排除するように機能する。四極子集束装置40は支持ブラケット60と支持プレート62により支持されている。この支持ブラケット60は分解ハウジング50の内部表面に連結されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、イオン源材料は種々の異なった方法でイオン源12に供給されている。固体のイオン源材料の交換は比較的に時間の掛かる工程なので、ガス源材料の使用が頻繁に利用される。ガス状のイオン源材料の幾つかは有毒なので、漏出時の安全性を高めるために加圧されていないSDS容器が頻繁に利用される。これ等の容器は典型的にはイオン注入機に隣接してか、またはイオン注入機と一体化したガス用鋼製容器に保管される。この結果、イオン源補充の目的でのSDS容器の交換は、イオン注入機が設置されているクリーンルームへの立入が必要になり、機械停止時間及び潜在的粒子汚染の一因となる。それ故、現存のイオン源の送出システムの更なる改良が望まれるのである。
【0013】
本発明は、ガス状のイオン源材料が、イオン注入機から離れた場所で電気的に隔離及び/または配置されているイオン注入機のためのガス送出システムに関する。イオン源材料は中央ガス庫のようなイオン注入機から遠隔位置にあって良く、そして接地電位のような第1電位の所で維持される。ガス状イオン源材料は、その後、ガス送出ネットワークを経て第2電位にあるイオン注入機のイオン源に送出される。このイオン源は電気絶縁コネクタを介してイオン注入機に連結されている。電気絶縁コネクタは、第1電圧の電位が与えられるガス貯蔵及び/または送出ネットワークと、第2電圧の電位で作動するイオン注入機のイオン源間の電圧アイソレータとして役立つ。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス送出システムは、従来技術のガス送出システムに比べて様々な長所を与える。例えば、ガス状イオン源はガス庫のように遠隔位置に貯蔵されそして移動されるので、イオン源材料の交換に関連する機械停止時間は実質上減少する。更に、イオン源材料の交換は注入機から離れた所から実施可能なので、クリーンルーム内でのガス用エンクロージャの取扱いによる潜在的粒子汚染は排除される。加えて、イオン注入機に隣接して設置されているガス・ボックスは最早個々のガス容器(即ち、SDS容器)を保有しないので、ガス・ボックスのサイズはかなり縮小されて良い。
【0015】
本発明の第1の特徴によると、第1電圧の電位にあるガス源、及び第1電圧の電位より高い第2電圧の電位にあるイオン源を含む、ガス送出システムが開示されている。ガス送出システムは更に、ガス源とイオン源の間の流体連通を促進し、そして電気的に第1電圧の電位を第2電圧の電位から絶縁する、ガス源とイオン源の間に連結された電気絶縁コネクタを含む。
【0016】
本発明の他の特徴によると、ガス送出のための高電圧用アイソレータの構造体が開示されている。アイソレータの構造体は、はめ込み式配置での、第2の電気絶縁チューブにより取巻かれた第1の電気絶縁チューブを含む。アイソレータ構造体は、各端部を例えばステンレス鋼アダプターのようなアダプターにより終結されていて、そして例えばVCR型取付具に溶接により結合されている。第1チューブは第1圧力でガス状イオン源材料を運び、そして第1と第2チューブの間の間隙は第1圧力とは異なる(即ち、高い)第2圧力で不活性遮断層ガスを運ぶ。アイソレータの構造体は更に、そこに関連しているモニターポートを含み、ここで第2圧力がモニターされ、そしてアイソレータに関連した漏洩を検出するのに使用される。アイソレータの構造体は又、両端の間の弧状形状を防止するのに十分な長さがあっても良いが、ここでそれら両端にはその間に電位差が存在する。
【0017】
本発明の更なる別の特徴によると、イオン注入システムへガスを送出する方法が開示されている。該方法は、イオン注入システムのイオン源の第2電圧の電位よりも低い第1電圧の電位にある貯蔵位置で供給源ガスを維持することを含む。該方法は、供給源を貯蔵位置からイオン源へ送出することを更に含む。この送出方法は、例えば、大量ガス移送システムとイオン源の間に高電圧用アイソレータの構造体を連結することにより達成される。大量ガスの送出システムは、例えば接地回路の第1電位で維持されるが、他方イオン源は例えば80KVのような第2電位に維持される。アイソレータの構造体は注入システムから離れた位置にある源材料の貯蔵及び交換を可能にし、それにより、イオン源材料の容易な交換並びに転換を促進する。
【0018】
前述技術と関連目的の達成に関しては、本発明は以下に十分に記載され、及び特に請求項で示された特徴を含む。以下の記載並びに付随図面は、本発明の特定の図示的な態様を詳細に開示している。しかしながらこれ等の態様は,本発明の理念が使用され得るかもしれない種々の方法のほんの一部を示すに過ぎない。本発明の他の目的、利点及び新規特徴は、図面と共に考察される時、下記に記載の発明の詳細な説明から明白になるであろう。
【0019】
【発明の実施の形態】
ここでは本発明は、同様参照符号が明細書全体に渡って同様構成要件を参照するために使用されている図面に関して記載されている。本発明は、貯蔵場所及びイオン源が異なった電圧の電位にあるとき、イオン源ガスを貯蔵場所からイオン注入システムのイオン源へ送出するシステム及び方法を含む。本発明のシステムは、例えば中央ガス庫のようなイオン注入システムから離れた場所にある貯蔵位置に維持されているガスキャニスター内の例えば加圧ガスのようなイオン源ガスを含む。イオン源ガスは、第1電圧の電位、例えば接地回路の電位にある貯蔵場所に維持される。
【0020】
その後イオン源ガスは、他の種類の処理装置へのガス移動と同等の方法で、大量ガス分配ネットワークを経てイオン注入システムへと移動される。一端イオン源ガスが第2電圧の電位(即ち、約80KVまたはそれ以上)にあるイオン注入システムに隣接された所に来ると、ガスはイオン源ガスが第1電圧の電位から第2電圧の電位へと別々に増加されることを可能にする1個またはそれ以上の高電圧用アイソレータの構造体を経てイオン注入システムのガス用鋼製容器へと連結される。その後イオン源ガスは必要に応じて第2電圧の電位でイオン注入機に供給される。本発明のシステム及び方法は、イオン注入システムの電位から異なった電位でイオン源ガスの遠隔貯蔵を可能にし、それによりイオン源ガス材料の容易な貯蔵、補充及び交換を促進する。
【0021】
ここで図面に目を向けると、図2は本発明の例示的な特徴によるイオン源材料送出システム100を図示するブロック図である。送出システム100は、イオン注入装置が設置されている例えばクリーンルーム外のようなイオン注入システムから離れた位置にあるガス庫102を含む。本発明の一つの特徴によれば、ガス庫102は、そこでの多様な処理工程に必要な種々の処理ガスを収容する組立て施設内の中央ガス貯蔵場所である。ガス庫102は、多数のキャニスター及びSDS系容器のみに貯蔵されているのとは異なり、例えば加圧キャニスターのような様々な種類の容器に収納されているかも知れない違う種類の処理ガス類の貯蔵空間を含む。その結果、空のガスキャニスターを交換することは、単純にキャニスターを用途次第で切り離し、そしてガスの送出を中断することなしに新しい物に交換するだけで実施できる。本発明の例示的特徴によれば、ガス庫102内の処理ガスは、例えば回路の接地電位のような第1電位で維持される。
【0022】
送出システム100は更に、ガス庫102から処理ガスを、例えばイオン注入システムのような様々な異なった処理装置に移動させるために、ガス庫102に連結して作動する大量ガス移送システム104を含む。例えば、大量ガス移送システム104は、処理ガスをガス庫102から処理装置へ分配するために、弁、ゲージ、その他が関連している複数のガス管路を含んでいても良い。例えば、大量ガス移送システム104は、イオン源ガスの容易な切替を促進する(即ち、n型ドーパントからp型ドーパントへの切替を可能にする)ために、異なった供給源ガスがそこに存在することを可能にするのと同様な方法で、イオン源ガスの複数の異なった種類をガス庫102からイオン注入システムへ送出するために使える。大量ガス移送システム104の弁、ゲージ、その他は、用途次第でガス送出システムの領域を分離し、ガス管路の漏出をモニターし、ガス管路をパージしたりするのに利用されても良い。本発明の一つの例示的な特徴によると、多量ガス移送システム104に関連するガス管路は、電気的に絶縁されており、そしてガス庫102と関連する第1電圧の電位でその中を通過するガス送出を維持するために操作される。
【0023】
イオン源ガスは、大量ガス移送システム104を経て、イオン注入機械(図示略)に隣接し、そして関連していて、時にはイオン注入機ガス庫と呼ばれる排気用エンクロージャへと移動される。エンクロージャまたはガス用鋼製容器106の中では、イオン源ガスは、例えば回路の接地電位のような第1電圧の電位から、ガス送出のための高電圧用アイソレータの構造体108を経て、イオン注入機が作動する第2電圧の電位(即ち、約80KV)へと高められる。図2に図示したように、1個またはそれ以上のアイソレータ(電気絶縁コネクタ)108が、種々の異なったイオン源ガスをイオン注入機へ連結するために使用されても良い。それ故、高電圧用アイソレータの構造体108は、ガス庫の低電圧部分110aを高電圧部分110bに、安全でかつ信頼性が高い方法で連結する。
【0024】
高電圧用アイソレータの構造体108は、複数のイオン源処理ガスを、例えば、回路の接地電位のような便利な電位で貯蔵され、そして維持され、及び又、このようなガスを複数のイオン源ガスのコストを低減できるように例えば高圧で便利に貯蔵することを可能にする。
【0025】
図2は、異なった電圧にある2つのガス庫の間に連結された高電圧用アイソレータ108を図示するけれど、他のシステム構成も又使用可能であり、そして本発明の範囲に入ると企図されている。例えば、イオン注入機に関連する高電圧の1つのガス庫も存在し得るし、そしてアイソレータの構造体108は、ガスを低電圧で大量ガス移送システム104から高電圧ガス庫へと連結しても良い。二者択一的に、1個のガス庫は、例えば接地回路のような低電圧におかれて良く、そしてアイソレータの構造体108は、ガスを低電圧のガス庫から高電圧のイオン源へと連結しても良い。
【0026】
図3は、図2のシステム100で使用するための、大量ガス移送システム104の一部の例示的な概略図である。図3の大量ガス移送システム104は、イオン源ガスの4つの異なった種類の送出を供給するシステムを図示しているが、しかしながら、もっと多くのまたは少ない数のイオン源ガスを供給するシステムも又使用されても良く、そして本発明の範囲に入ると企図されている。送出システム104は、イオン源ガスをガス庫102から、イオン注入システムに関連する組立て施設内の領域へ運送する一組のイオン源ガス投入管路120a〜120dを含む。図3のシステム104は、ただ1箇所のイオン注入システムへの分配を図示しているが、しかしながら、複数のイオン注入システムへの送出も使用され得、そして本発明の範囲に入ると企図されていることに注意されたい。
【0027】
他のガス投入管路122も又、例えば窒素のような不活性ガスを、連続した弁124a〜124dを通過して、多数の管路120a〜120d各々へ運んでいる送出システム104で提供されている。不活性ガス管路122は又、アイソレータ逆止弁126並びに逆止弁127a〜127dを経て、高電圧用アイソレータ108の各々と連結している。更に、不活性ガス管路122は、下記に詳細に渡って説明されるように、高電圧用アイソレータ108に関連した漏洩をモニターするのに利用されうる圧力ゲージ128またはそれに関連しているモニター装置を有する。
【0028】
例示的に、もっと詳細なイオン源ガス送出システム部分104’は、図4に示されている。4個の管路120a〜120dの各々は同様な方法で作動するので、これ等管路のただ一つのみを単純化及び簡潔さを達成する目的で説明する。イオン源ガス管路120aは、万が一にも内側のガス管路130から漏洩したような場合にも安全な封じ込めを与えるような外側の封じ込めチューブ132によって取り囲まれた内側のガス管路130を含む。上記の方法では、いかなる潜在的に有毒または腐蝕性イオン源ガスは、安全に封じ込められ、そして内側のガス管路130は、構造的に保護される。二者択一的に、複数の内側ガス管路は、その方が良い場合には、単一の封じ込めチューブの中にあっても良い。イオン源ガス管路120aは、イオン源ガス圧力のモニター/調整のために圧力スイッチ136が連結されているカップリング集成装置134に取り付けられる。ガス管路120aは又、連結チューブ138を経て、それぞれの高電圧用アイソレータ構造体108へ、イオン源ガスの特定の流体連通を可能にする、例えば空気OP型弁のような弁121aを含む。
【0029】
例えば、窒素ガスのような不活性ガスは、不活性ガス管路122を通って供給され、そしてT型集成装置140を通って分配される。不活性ガスは、弁124aを通って図4の連結チューブ138に選択的に連結されても良い。手動遮断弁126は又、連結チューブ142と逆止弁127aを経て、不活性ガスを高電圧用アイソレータ108の外側部分に選択的に連結するために、不活性ガス管路122に連結される。
【0030】
カップリング集成装置は、以下のような例示的な方法で作動されても良い。イオン源ガスがイオン注入機に移動させられている時に、弁121aは開いており、それによりイオン源ガスを高電圧用アイソレータの構造体108と流体連通の状態にする。この時点で、管路120aに関連する不活性ガス供給弁124aは閉じられており、それにより不活性ガスがイオン源ガスを希釈するのを妨げる。しかしながら手動弁126はその前に開けられており、不活性ガスが高電圧用アイソレータ構造体108の例えばその外側チューブの中へと侵入するのを許す。それ故、構造体108の内側チューブ内にあるイオン源ガスは、前に開けられている弁126を経て外側チューブの中で不活性ガスにより取り囲まれている。好ましくは、不活性ガス圧力はイオン源ガス圧力よりも大きいので、それにより構造体108の内側チューブに関連するいかなる漏洩も内側チューブ上へとの不活性ガスの漏洩を起こし、かくして内側チューブから出てくる潜在的に腐蝕性イオン源ガスの漏洩を防止する。更に、いかなるこのような漏洩も、圧力ゲージ128、圧力変換器または他の種類の分析モニタリングツールを経てモニターされても良い。もし管路142内の不活性ガス圧力が変化(即ち、低下)すれば、それは不活性ガスが高電圧用アイソレータの構造体108の内側チューブ内へまたは内側チューブから漏れているのである。不活性ガス圧力は、多種類の弁の操作をモニター及び調整する助けになるように、ゲージ128及び微調整器(図示されていない)によりモニターされても良い。例えば、微調整器は、圧力ゲージ128を経て圧力の低下が検出された時には(即ち、図5にある内側封じ込めチューブ150の破壊を意味している)、弁121a〜121dを閉じ、そして弁124a〜124dを開き、こうして不活性ガスにより源ガスが希釈されるのを排除する。
【0031】
不活性ガス管路122は又、必要に応じてイオン源ガス管路をパージするために利用されても良い。このような場合には、イオン源ガス管路弁121a〜121dは閉じられ、そして不活性ガス管路弁124a〜124dが開かれる。不活性ガスは、その後管路138を通って高電圧用アイソレータの構造体108の内側チューブ領域へと流れることができ、そしてこのようにしてイオン注入機側でイオン源ガス管路をフラッシュする。二者択一的にまたはこれに加えて、イオン源ガス管路弁(図示されていない)の他の組は閉じられ、そして不活性ガスが管路120a〜120dを通ってガス庫102へと戻されても良い。いずれにしろ、図3及び図4のガス移送システム104、104’は、イオン源ガスをイオン源ガスがガス庫102に貯蔵されている所での電位と同等であり得る第1電圧の電位にある高電圧用アイソレータの構造体108へ供給する。
【0032】
図5は図2のガス用エンクロージャ106を詳細に図示した透視図である。特に、図5は1つまたはそれ以上の高電圧用アイソレータの構造体108は、イオン源ガスを第1電圧の電位(即ち、接地回路)にあるガス用エンクロージャの第1部分110aから、第2電圧の電位(即ち、イオン注入機の作動電位)にあるガス用エンクロージャの第2部分110bへ連結するために使用されても良い。図5に図示されているように、ガス移送システム104の一部分は、ガス用エンクロージャ106の第1部分110aに入る。イオン源ガスは、例えばVCR型の取付具のようなカップリング152を経て高電圧用アイソレータの内側チューブ150に入る。カップリング152は金属/絶縁物転移154を経て内側チューブ150へと連結する。内側チューブ150は、一端(第1部分110a)の第1電位を、他端(第2部分110b)の第2電位から分離するのを助けるために、例えばガラス、セラミック、石英、ガラス/セラミック、叉は他の誘電体のような絶縁材料で作られている。
【0033】
高電圧用アイソレータ108は又、イオン注入機への連結を可能にするその他端上にカップリング156を有する。外側チューブ158は高電圧用アイソレータ108の内側チューブ150を取り巻いており、そしてその中であらかじめ設定されていた圧力を有する不活性ガスが流れる不活性ガス管路142と流体的に連結される。上記に説明したように、不活性ガスは、内側チューブ150における漏洩の負の衝撃を軽減するために使われ、そして圧力ゲージ128、叉は他のモニター装置はいかなるそのような漏洩をも容易にモニターするのを促進する。
【0034】
図6aは、本発明の1つの例示的特徴による高電圧用アイソレータの構造体108の断面を図示する。上記に簡単に説明したように、高電圧用アイソレータの構造体108は、一般的に円筒形外側チューブ部分162(図5のチューブ158に相当する)により取り巻かれている一般的に円筒形内側チューブ部分160(図5のチューブ150に相当する)を有する細長い一般的に円筒形チューブを含む。内側チューブ部分160は、第1端部164からその第2端部166を通過してイオン源ガスを移送する。特に、第1端部164はVCR型取付具のようなカップリング168で終結し、そしてガス用エンクロージャ106の低電圧部分110aにあるガス移送システム104へと高電圧用アイソレータ108を連結する。更に、第2端部166は、VCR型取付具のようなカップリング170で終結し、そしてアイソレータ108をガス用エンクロージャ106の高電圧部分110bを経てイオン注入機に連結する。
【0035】
内側チューブ160は、例えば硼珪酸ガラスのような電気的に絶縁材料で作られている。しかしながら二者択一的に、他の電気絶縁材料も使用可能であり、そして本発明の範囲に入ると企図されている。例えば、他の例示的な材料は、珪酸アルミニュームガラス、セラミック材料、その他(即ち、商品名パイレックス(Pyrex)(R)、デュラン(Duran)(R)、コーニング(Corning)(R)7740他)を含んでいても良いが、これらに限定されない。外側チューブ162は、はめ込み式配置で内側チューブ162を取り巻き、そして内側チューブよりも大きな直径を有し、それ故にその間の間隙172を定義している。間隙172は、不活性ガスが外側チューブ162と内側チューブ160の外側の中を流れるのを可能にするが、もし内側チューブ160の中のイオン源ガスに関連する圧力と違う(即ち、大きな)圧力で維持される場合には、内側チューブ160からイオン源ガスの漏洩を防止するように作動される。外側チューブ162は又、例えばポリプロピレン、テフロン(R)、そのほかの電気絶縁材料で作られている。
【0036】
図6aの高電圧用アイソレータ108は又、例えば図5のガス管路142を経て、例えば窒素のような不活性ガスが間隙172に注入されるのを可能にする外側チューブ162に関連するポート174を含む。一つの例示的なポートの形状は、図6bに詳細が図示されているが、これは端部164の例示的な断面図を表す。ポート174は、端部キャップ178の孔により定義されている穴を含む。穴176は、例えば不活性ガス管路142に連結するフレキシブルチューブのようなチューブ180に嵌り合う。
【0037】
内側チューブ160と外側チューブ162の間隙172は、端部キャップ178によって封止される。端部キャップ178は、内側チューブ160に関連するガラス−金属転移部品184をそこで取り囲むまたは係合する内側内腔182を有し、そしてその中を通してカップリングを受け入れる。また、端部キャップ集成装置178は、高電圧用アイソレータ108に関連する漏洩を防止するように流体密封を与えるために、外側チューブ162、端部キャップ178及び蓋188に取り付けられていてかみ合うように作動する1個またはそれ以上のOリングを含む。二者択一的に、これ等の部品は溶接して一体化されていても良い。
【0038】
高電圧用アイソレータ108は、イオン源ガスの電圧を第1電位から第2電位へと上げるのを促進するように作動する。例えば、イオン源ガスは回路の接地電位のガス庫102で貯蔵され、そして貯蔵電位(即ち、第1電位)のイオン注入機のガス用エンクロージャ106の第1部分110aに移動させられても良い。イオン注入機は高電圧(即ち、約80KV)で作動するので、高電圧用アイソレータ108は、イオン源ガスが安全にしかも信頼度高くイオン注入機の作動電圧(即ち、第2電位)へと上げられる構造体を提供する。本発明の一つの例示的な特徴によると、高電圧用アイソレータ108は、その間が弧状形状になることなしにその両端164、166を横切って存在する電位差に耐えられるに十分な長さを有する。一般的経験則は、約10KVの電位差毎に約1インチ(約2.54cm)の長さを許容する。それ故、もし約80KV電位差が両端164、166間に存在するならば、約8インチまたはそれ以上の長さがあることが望ましいであろう。しかしながら、弧状形状を阻止するどのような長さが利用されても良いし、またこれは本発明の範囲に入ると企図されている。
【0039】
本発明の他の特徴によると、イオン注入システムへイオン源ガスを送出する方法が図7に図示されており、そして参照符号200で明示されているように開示されている。方法200は、イオン源ガスを第1電圧の電位202にある貯蔵位置に維持すること、及びその後イオン源ガスを第2電圧の電位にあるイオン源204に送出することを含む。例えば、イオン源ガスは、回路の接地電位で図2のガス庫102に貯蔵され、そしてその後、高電圧(即ち、約80KV)で作動するイオン注入システムのイオン源へと送出されても良い。
【0040】
本発明の一つの例示的な特徴によると、イオン源ガスを送出することは、図8のフローチャート通りに実施されても良い。イオン源ガスはその貯蔵位置から、例えば図2の大量ガス移送システム104を使用してイオン注入システムに関連しているガス用エンクロージャへと移動され、そして工程206で、高電圧用アイソレータの構造体(即ち、図6a及び6bの構造体108)に連結される。高電圧用アイソレータは、工程208でイオン源ガスがそこを通ってイオン注入システムへとの移動を与える注入システムのイオン源へ連結する。高電圧用アイソレータは、イオン源ガスの電位を、安全で信頼性の高い方法で、例えばシステムガス用エンクロージャ(即ち、図2のガス用エンクロージャ106)の中のような一般的にイオン注入システムに隣接した位置で、第1電位から第2電位へと上げるのを促進する。
【0041】
イオン源ガス送出は、ガス送出が漏洩し易いシステム条件の下で継続されないことを保証するために、工程210でモニターされても良い。例えば、高電圧用アイソレータは、不活性ガスを含んでいる外側チューブが内側チューブを取巻いている図6a及び6bの構造体108と同じような方法で配列されていても良い。外側チューブの不活性ガスは、そこで内側チューブのイオン源の圧力よりも高い圧力で維持される。その結果、もし内側チューブに関連するいかなる漏洩が存在しても、イオン源ガスはその中に封じ込められるであろう。外側チューブの不活性ガスの圧力をモニターすることにより、例えば仮に圧力があらかじめ決められていた閾値より下に下がった場合のように圧力が降下すれば、漏洩は検出される。
【0042】
もし圧力があらかじめ決められていた閾値より下がった場合には、アイソレータ構造体に関連する漏洩が存在するとの決定が下される。イオン源ガス移動はその後その決定に基づいて、例えば図2の多量ガス移送システム104に関連する移動弁を閉鎖することにより、工程212で中止される。
【0043】
本発明は正確な態様に関して示され又記載されているが、しかし、本の明細書と添付の図面を読み、そして理解した当業者には同様の改変及び変更が起こるであろうことは認識できるであろう。特に上記に記載された構成部品(集成装置、装置、回路、システム、その他)により実施される様々な機能に関しては、このような構成部品を説明するために使用される用語(「手段」に関する参照を含めて)は、他に説明が無い限り、それが仮に開示された構造体に構造的に同等で無いような場合でも、本発明の図示された例示的な態様での機能を実施する記載された構成部品の特定の機能を実施するいかなる構成部品(即ち、機能的に同等)にも相当すると企図されている。その上、本発明の特別な特徴は、複数の態様のただ一つだけに関して開示されているかも知れないが、このような特徴は、如何なる特定のまたは特別な出願に必要であり、そして利点があるならば、他の態様の一つまたはそれ以上の他の特徴と結合されても良い。更に、用語「含む」「含んでいる」「有する」「有している」及びそれらの変形が発明の詳細な説明または請求項に使用されている範囲に関しては、これ等の用語は用語「含む」と同等な意味を包含していると企図されている。
【0044】
(産業上の利用可能性)
本発明のシステム及び方法は、安全で、効果的でそして経済的な源ガス送出をイオン注入システムへ提供するイオン注入のような半導体処理の分野で使用されても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】
イオン注入システムにおける従来の水平ダイアグラムを示す図である。
【図2】
本発明の一つの例示的な特徴によるイオン源材料の送出システムを図示する構成図である。
【図3】
本発明の一つの特徴による第1電圧の電位に維持されているイオン源ガスの送出モジュールの一部を図示する概略図である。
【図4】
本発明の一つの特徴による図3のイオン源ガスの送出モジュール部分を図示する概略図である。
【図5】
本発明の一つの特徴による異なった電位に維持されている2個の排気用エンクロージャの間に連結された複数の高電圧用アイソレータの構造体を図示する複合透視図及び概略図である。
【図6a】本発明の一つの特徴による高電圧用アイソレータの構造体を示す横断面図である。
【図6b】本発明の一つの特徴による図6aの高電圧用アイソレータの構造体における端部部分を示す相互関係を与える横断面図である。
【図7】本発明の一つの特徴によるイオン源材料をイオン注入システムへ送出する方法を図示したフローチャート図である。
【図8】本発明による貯蔵位置及びイオン源位置が異なった電圧レベルで維持されている場合の、イオン源ガスを貯蔵位置からイオン源へ送出する方法を図示した別のフローチャート図である。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates generally to ion implantation systems, and more particularly to gas delivery systems and methods for delivering gas across voltage gaps in ion implantation systems or other types of devices.
[0002]
[Prior art]
Ion implanters are used to implant or add impurities to silicon wafers to produce n-type or p-type semiconductor materials. The n-type or p-type semiconductor material is used for manufacturing a semiconductor integrated circuit. As the name implies, an ion implanter adds selected ionic species to a silicon wafer to produce the desired semiconductor material. Implanted ions generated from an ion source material such as antimony, arsenic, and phosphorus result in an n-type semiconductor material wafer. On the other hand, if a p-type semiconductor material wafer is desired, ions generated from an ion source material such as boron, gallium or indium will be implanted.
[0003]
The ion implanter includes an ion source for generating positively charged ions from the ionizable material. The generated ions are formed into a beam and accelerated along a predetermined beam path to an implantation station. The ion implanter includes a beam forming and shaping structure extending between the ion source and the implantation station. The beam forming and shaping structure holds the ion beam and defines an elongated internal cavity or area through which the beam passes on its way to the implantation station. When operating an ion implanter, the interior region must be evacuated to reduce the probability that ions will be deflected from a given beam path as a result of collisions with air molecules.
[0004]
For high current ion implanters, the wafers of the implantation station are mounted on the surface of a rotating support. As the support rotates, the wafer passes between the ion beams. Ions flowing along the beam path collide with the rotating wafer and are implanted. The robot arm extracts the wafer to be processed from the wafer cassette and places the wafer in place on the support surface. After processing is complete, the robotics arm removes the wafer from the wafer support surface and reinserts the processed wafer into a wafer cassette.
[0005]
FIG. 1 illustrates a typical ion implanter, generally indicated by
[0006]
[0007]
The ion source material is injected into the plasma chamber and energy is applied to the ion source material to generate charged ions in the
[0008]
The ion beam 14 travels through an evacuation path from the
[0009]
The ion beam forming and shaping structure 13 additionally includes a
[0010]
Connected to the end of the
[0011]
The
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As mentioned above, the ion source material is provided to the
[0013]
The present invention relates to a gas delivery system for an ion implanter in which a gaseous ion source material is electrically isolated and / or located remotely from the ion implanter. The ion source material may be remote from the ion implanter, such as a central gas reservoir, and maintained at a first potential, such as ground potential. The gaseous ion source material is then delivered via a gas delivery network to the ion source of the ion implanter at a second potential. The ion source is connected to the ion implanter via an electrically insulated connector. The electrically insulating connector serves as a voltage isolator between a gas storage and / or delivery network provided with a first voltage potential and an ion source of an ion implanter operating at a second voltage potential.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The gas delivery system of the present invention offers various advantages over prior art gas delivery systems. For example, because the gaseous ion source is stored and moved to a remote location, such as a gas store, the machine downtime associated with changing the source material is substantially reduced. In addition, potential particulate contamination from handling the gas enclosure in a clean room is eliminated because ion source material exchange can be performed remotely from the implanter. In addition, the size of the gas box may be significantly reduced since the gas box located adjacent to the ion implanter no longer has individual gas containers (ie, SDS containers).
[0015]
According to a first aspect of the invention, a gas delivery system is disclosed that includes a gas source at a first voltage potential and an ion source at a second voltage potential higher than the first voltage potential. The gas delivery system is further coupled between the gas source and the ion source to promote fluid communication between the gas source and the ion source and electrically isolate the first voltage potential from the second voltage potential. Including electrically insulated connectors.
[0016]
According to another aspect of the invention, a structure for a high voltage isolator for gas delivery is disclosed. The isolator structure includes a first electrically insulated tube surrounded by a second electrically insulated tube in a recessed arrangement. The isolator structure is terminated at each end by an adapter, for example, a stainless steel adapter, and is welded to, for example, a VCR-type fitting. The first tube carries the gaseous ion source material at a first pressure, and the gap between the first and second tubes carries an inert barrier gas at a second pressure different from (ie, higher than) the first pressure. . The isolator structure further includes a monitor port associated therewith where the second pressure is monitored and used to detect leaks associated with the isolator. The structure of the isolator may also be long enough to prevent an arc between the ends, where there is a potential difference between them.
[0017]
According to yet another aspect of the invention, a method for delivering a gas to an ion implantation system is disclosed. The method includes maintaining the source gas at a storage location at a first voltage potential that is lower than a second voltage potential of the ion source of the ion implantation system. The method further includes delivering the source from the storage location to the ion source. This delivery method is achieved, for example, by connecting a high voltage isolator structure between the mass gas transfer system and the ion source. The bulk gas delivery system is maintained at a first potential, eg, a ground circuit, while the ion source is maintained at a second potential, eg, 80 KV. The structure of the isolator allows for storage and exchange of the source material remote from the implantation system, thereby facilitating easy exchange and conversion of the ion source material.
[0018]
With respect to achieving the foregoing techniques and related objects, the invention includes the features hereinafter fully described and particularly pointed out in the claims. The following description and the annexed drawings set forth in detail certain illustrative aspects of the invention. However, these embodiments are merely illustrative of some of the various ways in which the principles of the invention may be used. Other objects, advantages and novel features of the present invention will become apparent from the following detailed description of the invention when considered in conjunction with the drawings.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention is described herein with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like elements throughout the specification. The present invention includes systems and methods for delivering an ion source gas from a storage location to an ion source of an ion implantation system when the storage location and the ion source are at different voltage potentials. The system of the present invention includes an ion source gas, such as a pressurized gas, in a gas canister maintained in a storage location remote from the ion implantation system, such as a central gas store. The ion source gas is maintained in a storage location at a potential of a first voltage, for example, a potential of a ground circuit.
[0020]
The ion source gas is then transferred to the ion implantation system through the bulk gas distribution network in a manner similar to gas transfer to other types of processing equipment. Once the source gas is adjacent to the ion implantation system at a second voltage potential (i.e., about 80 KV or more), the gas is forced from the first voltage potential to the second voltage potential. To the gas steel vessel of the ion implantation system via one or more high voltage isolator structures that allow it to be separately increased. Thereafter, the ion source gas is supplied to the ion implanter at a potential of the second voltage as needed. The systems and methods of the present invention allow for remote storage of the source gas at a potential different from that of the ion implantation system, thereby facilitating easy storage, replenishment and replacement of the source gas material.
[0021]
Turning now to the drawings, FIG. 2 is a block diagram illustrating an ion source
[0022]
The
[0023]
Source gas is transferred via the bulk
[0024]
The high
[0025]
Although FIG. 2 illustrates a
[0026]
FIG. 3 is an exemplary schematic diagram of a portion of a bulk
[0027]
Another
[0028]
Illustratively, a more detailed ion source gas delivery system portion 104 'is shown in FIG. Since each of the four conduits 120a-d operates in a similar manner, only one of these conduits will be described for purposes of simplicity and simplicity. The ion source gas line 120a includes an
[0029]
For example, an inert gas, such as nitrogen gas, is supplied through
[0030]
The coupling arrangement may be operated in an exemplary manner as follows. When the source gas is being transferred to the ion implanter, the
[0031]
[0032]
FIG. 5 is a perspective view showing the
[0033]
The
[0034]
FIG. 6a illustrates a cross-section of a high
[0035]
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
In accordance with another aspect of the present invention, a method for delivering an ion source gas to an ion implantation system is illustrated in FIG. 7 and disclosed as identified by
[0040]
According to one exemplary feature of the present invention, delivering the ion source gas may be performed according to the flowchart of FIG. The source gas is transferred from its storage location to a gas enclosure associated with the ion implantation system using, for example, the bulk
[0041]
Source gas delivery may be monitored at
[0042]
If the pressure falls below a predetermined threshold, a determination is made that there is a leak associated with the isolator structure. Source gas transfer is then aborted at
[0043]
While the invention has been shown and described with respect to precise embodiments, it will be apparent to those skilled in the art, upon reading and understanding the present specification and the accompanying drawings, that similar modifications and changes will occur. Will. In particular, with respect to various functions performed by the components described above (assemblies, devices, circuits, systems, etc.), the terminology used to describe such components (see "means") ), Unless otherwise stated, perform a function in the illustrated exemplary embodiment of the invention, even if it is not structurally equivalent to the disclosed structure. It is intended to correspond to any component (ie, functionally equivalent) that performs a particular function of the illustrated component. Moreover, while particular features of the invention may be disclosed in connection with only one of the embodiments, such features are required for any particular or special application, and advantages may be realized. If so, it may be combined with one or more other features of other aspects. Further, with respect to the terms “comprising,” “including,” “having,” “having,” and variations to the extent that those variations are used in the description or the claims, these terms include the terms “includes” It is intended to encompass the equivalent of "".
[0044]
(Industrial applicability)
The systems and methods of the present invention may be used in the field of semiconductor processing, such as ion implantation, which provides safe, effective and economical source gas delivery to an ion implantation system.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a conventional horizontal diagram in an ion implantation system.
FIG. 2
1 is a block diagram illustrating a delivery system for an ion source material according to one exemplary aspect of the invention.
FIG. 3
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a portion of an ion source gas delivery module maintained at a first voltage potential according to one aspect of the present invention.
FIG. 4
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a portion of the ion source gas delivery module of FIG. 3 according to one aspect of the present invention.
FIG. 5
FIG. 2 is a composite perspective view and schematic diagram illustrating a structure of a plurality of high voltage isolators coupled between two exhaust enclosures maintained at different potentials according to one aspect of the present invention.
FIG. 6a is a cross-sectional view illustrating a structure of a high voltage isolator according to one aspect of the present invention.
6b is a cross-sectional view illustrating an end portion of the structure of the high-voltage isolator of FIG. 6a in accordance with one aspect of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of delivering an ion source material to an ion implantation system according to one aspect of the present invention.
FIG. 8 is another flow diagram illustrating a method of delivering an ion source gas from a storage position to an ion source when the storage position and the ion source position are maintained at different voltage levels according to the present invention.
Claims (26)
第1電圧の電位にあるガス源(102)と、
前記第1電圧の電位よりも大きな第2電圧の電位にあるイオン源と、
前記ガス源と前記イオン源との間に接続された電気絶縁コネクタ(108)とを有することを特徴とするガス送出システム。A gas delivery system (100) for an ion implantation system, comprising:
A gas source (102) at a potential of a first voltage;
An ion source at a second voltage potential greater than the first voltage potential;
A gas delivery system comprising an electrically insulated connector (108) connected between the gas source and the ion source.
前記ガス源から前記イオン源へガスの移動を可能にする内側延長チューブ(150,160)と、
この内側延長チューブ(150,160)に、はめ込み式で配置される外側延長チューブ(158,162)とを含み、
前記はめ込み式配置は、それぞれ前記内側延長チューブ(150,160)と前記外側延長チューブ(158,162)の間の間隙(172)を形成し、前記間隙(172)内に不活性保護ガスを含むように構成されている請求項1記載のシステム。The electrical insulation connector (108) includes a plurality of high voltage isolators for gas delivery, each of these isolators further comprising:
Inner extension tubes (150, 160) for allowing the transfer of gas from the gas source to the ion source;
The inner extension tubes (150, 160) include an outer extension tube (158, 162) which is disposed in a self-contained manner,
The recessed arrangement forms a gap (172) between the inner extension tube (150, 160) and the outer extension tube (158, 162), respectively, and includes an inert protective gas in the gap (172). The system of claim 1, wherein the system is configured to:
前記第1、第2の排気用エンクロージャは、それぞれ第1の形態において、前記ガス源に向かって第1方向に供給源ガスを放出し、また、第2の形態において、前記イオン源に向かって第2方向に前記供給源ガスを放出するように構成されていることを特徴とする請求項13記載のシステム。A valve device (121, 124, 138) coupled to the first and second exhaust enclosures (110a, 110b);
The first and second exhaust enclosures each release, in a first configuration, a source gas in a first direction toward the gas source, and in a second configuration, toward the ion source. 14. The system of claim 13, wherein the system is configured to emit the source gas in a second direction.
ある貯蔵位置における電位を、前記イオン注入システムのイオン源での第2電圧の電位よりも低い第1電圧の電位に維持する工程(202)と、
前記貯蔵位置からイオン源に供給源ガスを送出する工程(204)とを含むことを特徴とする方法。A method (200) for delivering a gas to an ion implantation system, comprising:
Maintaining a potential at a storage location at a first voltage potential that is lower than a second voltage potential at the ion source of the ion implantation system (202);
Delivering a source gas from the storage location to the ion source (204).
第1電圧の電位にあるガス移送システムを介して、前記供給源ガスが前記イオン源の方向に流れるように弁装置を係合させる工程(206)と、
高電圧用アイソレータを介して前記ガス移送システムを前記イオン源に連結する工程(208)とを含んでいることを特徴とする請求項15記載の方法。Delivering the stored source gas (204) comprises:
Engaging a valve device such that the source gas flows in the direction of the ion source via a gas transfer system at a potential of the first voltage;
16. The method of claim 15, including coupling the gas transfer system to the ion source via a high voltage isolator.
前記高電圧用アイソレータの第1端部を前記ガス移送システムに連結して、前記第1端部が第1電圧の電圧となり、
前記高電圧用アイソレータの第2端部を前記イオン源に連結して、前記第2端部が第1電圧の電位となることを含んでいる請求項19記載の方法。Connecting the gas transfer system to the ion source via the high voltage isolator,
Connecting a first end of the high voltage isolator to the gas transfer system, wherein the first end is at a first voltage;
20. The method of claim 19, further comprising coupling a second end of the high voltage isolator to the ion source, wherein the second end is at a potential of a first voltage.
供給源ガスを第1圧力で前記第1電気絶縁チューブ(150,160)内に移送し、
前記第1圧力よりも大きな第2圧力で前記第1、第2の電気絶縁チューブ間の前記間隙(172)内に不活性ガスを移送する各工程を含み、
これにより、前記供給源ガスが間隙内に漏洩するのを防止することを特徴とする請求項22記載の方法。Delivering the source gas from the storage location to the ion source,
Transferring a source gas at a first pressure into the first electrically insulating tubes (150, 160);
Transferring the inert gas into the gap (172) between the first and second electrically insulating tubes at a second pressure greater than the first pressure;
23. The method of claim 22, which prevents the source gas from leaking into the gap.
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